Durante muito tempo as estruturas de concreto foram consideradas livres de manutenção, ou seja, estruturas quase eternas a menos que fossem sobrecarregadas ou destruídas intencionalmente ou por acidente. Esse pensamento caiu por terra nas últimas décadas quando várias estruturas de concreto começaram a apresentar problemas degradando-se bem mais rápido que o esperado. O monitoramento estrutural nasceu da necessidade de acessar a condição de segurança de uma estrutura de forma mais rápida, precisa e com o benefício de criar uma base de dados sobre a estrutura monitorada. O monitoramento de edifícios ainda é um assunto pouco abordado nas pesquisas e publicações. O alto custo agregado às pontes, viadutos e outras grandes estruturas atraem o interesse de pesquisadores e fabricantes de equipamentos. O problema escolhido como alvo no monitoramento a ser desenvolvido foi a degradação de blocos de fundações em concreto armado com reação álcali-agregado (RAA) pela dificuldade de acesso em inspeções. Uma simulação da expansão causado por RAA em concreto foi desenvolvida para experimentos com sensores e técnicas de monitoramento de fundações. No experimento foram testadas aplicações de strain gauges na armadura, na superfície através de um long gauge adaptado e LVDTs (linear variable differential transformer) aplicados na superfície. A ancoragem dos long gauges não suportou o esforço, impedindo a correta avaliação do sensor. Os LVDTs têm grande potencial para acompanhar o desenvolvimento de fissuras, mas sofrem depois de alguma expansão, pois se desalinham com a superfície do concreto. Os strain gauges aplicados na armadura mostraram boa relação com a expansão medida e têm grande potencial no monitoramento. O processo de decisão e projeto do monitoramento para os blocos é explicado e definido. Uma proposta de aplicação do conceito de estrutura tolerante a dano aos blocos de fundação com RAA é dada para otimização de planos de manutenção e intervenções. / For a long time, concrete structures were considered \"maintenance-free\", i.e. quasi eternal, unless they were overloaded or destroyed intentionally or by accident. This thought has been reconsidered in recent decades when several concrete structures began to present problems and degraded much faster than expected. Structural monitoring has been originated from the need to access the safety condition of a structure more quickly, accurately and with the benefit of creating a database of the structure monitored. The high cost related to bridges, overpasses and other large structures still attracts the interest of researchers and equipment manufacturers. However, the monitoring of buildings is still a subject rarely addressed in research and publications. The problem chosen to be addressed in this research is the degradation of reinforced concrete foundation blocks by alkali-aggregate reaction (AAR) due to difficult access during inspections and unpredictable development of the problem. A review on the sensors available on the market and on monitoring techniques used in other structures with the problem was undertaken. A simulation of the AAR`s expansion in concrete has been developed for an experiment with sensors and monitoring techniques of foundations. In this experiment, strain gauges were applied on the reinforcing bars and adapted on a long gauge on the surface. LVDTs (linear variable differential transformer) were also applied on the surface. The anchoring of the long gauges did not support the applied tension, preventing a correct evaluation of the sensor. LVDTs have great potential to monitor the development of cracks, but after the concrete suffering some expansion, they get misaligned with the surface. The strain gauges used in the armor showed a good relation with the expansion and have great potential in monitoring. The whole decision and design process for the structural health monitoring (SHM) for AAR attacked foundation blocks is explained and the project is defined. A proposal of a damage-tolerant approach for the block is given for optimization of maintenance and interventions.

Durante muito tempo as estruturas de concreto foram consideradas livres de manutenção, ou seja, estruturas quase eternas a menos que fossem sobrecarregadas ou destruídas intencionalmente ou por acidente. Esse pensamento caiu por terra nas últimas décadas quando várias estruturas de concreto começaram a apresentar problemas degradando-se bem mais rápido que o esperado. O monitoramento estrutural nasceu da necessidade de acessar a condição de segurança de uma estrutura de forma mais rápida, precisa e com o benefício de criar uma base de dados sobre a estrutura monitorada. O monitoramento de edifícios ainda é um assunto pouco abordado nas pesquisas e publicações. O alto custo agregado às pontes, viadutos e outras grandes estruturas atraem o interesse de pesquisadores e fabricantes de equipamentos. O problema escolhido como alvo no monitoramento a ser desenvolvido foi a degradação de blocos de fundações em concreto armado com reação álcali-agregado (RAA) pela dificuldade de acesso em inspeções. Uma simulação da expansão causado por RAA em concreto foi desenvolvida para experimentos com sensores e técnicas de monitoramento de fundações. No experimento foram testadas aplicações de strain gauges na armadura, na superfície através de um long gauge adaptado e LVDTs (linear variable differential transformer) aplicados na superfície. A ancoragem dos long gauges não suportou o esforço, impedindo a correta avaliação do sensor. Os LVDTs têm grande potencial para acompanhar o desenvolvimento de fissuras, mas sofrem depois de alguma expansão, pois se desalinham com a superfície do concreto. Os strain gauges aplicados na armadura mostraram boa relação com a expansão medida e têm grande potencial no monitoramento. O processo de decisão e projeto do monitoramento para os blocos é explicado e definido. Uma proposta de aplicação do conceito de estrutura tolerante a dano aos blocos de fundação com RAA é dada para otimização de planos de manutenção e intervenções. / For a long time, concrete structures were considered \"maintenance-free\", i.e. quasi eternal, unless they were overloaded or destroyed intentionally or by accident. This thought has been reconsidered in recent decades when several concrete structures began to present problems and degraded much faster than expected. Structural monitoring has been originated from the need to access the safety condition of a structure more quickly, accurately and with the benefit of creating a database of the structure monitored. The high cost related to bridges, overpasses and other large structures still attracts the interest of researchers and equipment manufacturers. However, the monitoring of buildings is still a subject rarely addressed in research and publications. The problem chosen to be addressed in this research is the degradation of reinforced concrete foundation blocks by alkali-aggregate reaction (AAR) due to difficult access during inspections and unpredictable development of the problem. A review on the sensors available on the market and on monitoring techniques used in other structures with the problem was undertaken. A simulation of the AAR`s expansion in concrete has been developed for an experiment with sensors and monitoring techniques of foundations. In this experiment, strain gauges were applied on the reinforcing bars and adapted on a long gauge on the surface. LVDTs (linear variable differential transformer) were also applied on the surface. The anchoring of the long gauges did not support the applied tension, preventing a correct evaluation of the sensor. LVDTs have great potential to monitor the development of cracks, but after the concrete suffering some expansion, they get misaligned with the surface. The strain gauges used in the armor showed a good relation with the expansion and have great potential in monitoring. The whole decision and design process for the structural health monitoring (SHM) for AAR attacked foundation blocks is explained and the project is defined. A proposal of a damage-tolerant approach for the block is given for optimization of maintenance and interventions.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-05-11T15:43:54Z No. of bitstreams: 1 FABRICIO LONGHI BOLINA_.pdf: 12122006 bytes, checksum: 94b786347b29331df85e06c63ee3a387 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-11T15:43:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FABRICIO LONGHI BOLINA_.pdf: 12122006 bytes, checksum: 94b786347b29331df85e06c63ee3a387 (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / Nenhuma / As recentes tragédias ocorridas no Brasil motivaram a revisão de leis e diretrizes sobre segurança contra incêndio das edificações. Paralelamente, novos requisitos de segurança foram exigidos pela norma de desempenho (ABNT, 2013a), fortalecendo o debate. Estes fatores, reforçados pela intensificação da fiscalização e das exigências para o licenciamento edilício, acentuou o dever de prever a segurança contra incêndio em projeto. Nas estruturas de concreto, as normas que definem as especificações de durabilidade, a NBR 6118 (ABNT, 2014) e NBR 12655 (ABNT, 2015), não consentem os parâmetros de segurança contra incêndio da NBR 15200 (ABNT, 2012), e vice-versa. Este trabalho visa avaliar, experimentalmente, o tempo de resistência ao fogo (TRF) de protótipos de pilares pré-fabricados produzidos com parâmetros normativos de durabilidade do concreto, comparando-os com as recomendações da NBR 15200 (ABNT, 2012). O estudo foi feito em 16 pilares, 4 para cada classe de agressividade ambiental, com seção transversal 25x25cm e altura 300cm, com diferentes classes de resistência e produzidos numa indústria de pré-fabricados, ensaiados na idade de 28 dias por 240 minutos, sem carregamento, com a curva de aquecimento da ISO 834 (ISO, 2014). Para cada pilar de mesma classe, uma espessura de cobrimento distinta foi adotada. Concluiu-se que os parâmetros de durabilidade do concreto influenciaram no grau de desplacamento, havendo, contudo, preponderância do diâmetro das barras e da espessura de cobrimento no TRF destes pilares. Os maiores diâmetros, apesar de desenvolverem temperaturas médias menores durante o ensaio, intensificaram o desplacamento de aresta, que aumentou em paralelo com a resistência à compressão nos concretos de até 63MPa, diminuindo nas resistências superiores a esta. O método analítico de verificação da NBR 15200 (ABNT, 2012) se mostrou seguro, notando-se um grau de conservadorismo intrínseco. Após o ensaio, as armaduras principais e o concreto apresentaram perda residual de resistência. / Recent tragedies in Brazil have set off a revision of laws and technical practices on fire safety in buildings. At the same time, new security requirements have become required by the brazilian performance standard (ABNT, 2013). This set of factors, enhanced by strong supervision and project approval requirements, intensified the commitment to provide fire safety in the initial design of buildings, along with other design requirements. In concrete structures, the standards that stablish the durability specifications - the NBR 6118 (ABNT, 2014) and NBR 12655 (ABNT, 2015), do not cogitate the parameters of fire safety design of the NBR 15200 (ABNT, 2012), and vice versa. This study aims to evaluate the fire resistance time of elements produced with standard durability parameters, comparing them with the NBR 15200 (ABNT, 2012) criteria. The experiment was done on 16 columns, 4 for each standard environmental aggressiveness class, with cross section of 25x25 cm and a height of 300 cm, with different resistance classes and produced in a industry, tested at the age of 28 days for 240 minutes without load, with temperature evolution attending to the ISO 834 (ISO 2014) curve. Moreover, a different thickness of concrete cover was used for each column with the same environmental aggression class. The results showed that the durability parameters influence the degree of spalling, whereas the nominal diameter and the thickness of concrete cover have greater importance in fire resistance time. While the biggest diameters of the bars produced lower temperatures, they intensified the degree of spalling that simultaneously increased with the compressive strength of the concrete up to 63MPa. The analytical verification method of NBR 15200 (ABNT, 2012) proved to be safe, with a degree of intrinsic conservatism. The reinforcement and the concrete had residual loss of strength.

O presente estudo trata do problema da corrosão de armaduras em estruturas de concreto armado submetidas à penetração de cloretos. É amplamente reconhecido nos meios técnico e científico que, dentre os diversos processos causadores de patologias nas estruturas de concreto armado, destacam-se aqueles que desencadeiam a corrosão das armaduras. O processo de corrosão é iniciado quando a concentração de cloretos na interface armadura/concreto atinge um valor limite, despassivando a camada química protetora ao redor da armadura. A utilização de uma abordagem probabilística é capaz de tratar o problema de forma mais consistente, uma vez que as variáveis envolvidas no fenômeno possuem um alto grau de aleatoriedade associado. A formulação utilizada para a análise não linear mecânica emprega o método dos elementos finitos, utilizando o modelo de dano de Mazars para descrever o comportamento do concreto e o modelo elastoplástico para descrever o comportamento do aço. A lei de Fick é empregada para descrever o mecanismo de difusão dos íons cloretos no interior dos elementos de concreto armado e leis empíricas são utilizadas para representar a penalização das áreas de aço das armaduras bem como a redução de sua tensão de escoamento. A formulação utilizada para a análise probabilística emprega o FORM (First Order Reliability Method), o método de superfície de resposta e a simulação de Monte Carlo. Enfoque especial é dado na análise de estruturas hiperestáticas, com o objetivo de determinar a probabilidade de falha do sistema, sendo esta uma das contribuições desse estudo. Os resultados obtidos indicam de que forma os efeitos corrosivos considerados contribuem para a redução da durabilidade estrutural. / This work deals with the problem of reinforcement corrosion of concrete structures subjected to chloride penetration. It is widely recognized in the technical and scientific communities that, among the different processes which cause pathologies in reinforced concrete structures, reinforcement corrosion is one of the most relevant. The corrosion process starts when chloride concentration at the reinforcement/concrete interface reaches a threshold value, causing depassivation of the protecting chemical layer surrounding the armor. A probabilistic approach is capable of dealing with the problem in a more consistent manner, since the variables involved in the phenomenon have a high degree of randomness. The formulation used in the mechanical non-linear analysis utilizes the finite element method, employing Mazars\' damage model to describe the concrete behavior and the elastoplastic model to describe the steel behavior. Fick\'s law is used to describe the diffusion mechanism of chloride ions inside the concrete elements and empirical laws are used to represent the steel area reduction as well as the reduction of steel yield stress. The formulation used for the probabilistic analysis employs the FORM (First Order Reliability Method), the response surface method and the Monte Carlo simulation. A contribution of this study concerns the analysis of hyper-static structures, in order to evaluate the failure probability of the system, giving special attention to this type of problem. The obtained results show how the considered corrosive effects influences the structural durability reduction.

O presente estudo trata do problema da corrosão de armaduras em estruturas de concreto armado submetidas à penetração de cloretos. É amplamente reconhecido nos meios técnico e científico que, dentre os diversos processos causadores de patologias nas estruturas de concreto armado, destacam-se aqueles que desencadeiam a corrosão das armaduras. O processo de corrosão é iniciado quando a concentração de cloretos na interface armadura/concreto atinge um valor limite, despassivando a camada química protetora ao redor da armadura. A utilização de uma abordagem probabilística é capaz de tratar o problema de forma mais consistente, uma vez que as variáveis envolvidas no fenômeno possuem um alto grau de aleatoriedade associado. A formulação utilizada para a análise não linear mecânica emprega o método dos elementos finitos, utilizando o modelo de dano de Mazars para descrever o comportamento do concreto e o modelo elastoplástico para descrever o comportamento do aço. A lei de Fick é empregada para descrever o mecanismo de difusão dos íons cloretos no interior dos elementos de concreto armado e leis empíricas são utilizadas para representar a penalização das áreas de aço das armaduras bem como a redução de sua tensão de escoamento. A formulação utilizada para a análise probabilística emprega o FORM (First Order Reliability Method), o método de superfície de resposta e a simulação de Monte Carlo. Enfoque especial é dado na análise de estruturas hiperestáticas, com o objetivo de determinar a probabilidade de falha do sistema, sendo esta uma das contribuições desse estudo. Os resultados obtidos indicam de que forma os efeitos corrosivos considerados contribuem para a redução da durabilidade estrutural. / This work deals with the problem of reinforcement corrosion of concrete structures subjected to chloride penetration. It is widely recognized in the technical and scientific communities that, among the different processes which cause pathologies in reinforced concrete structures, reinforcement corrosion is one of the most relevant. The corrosion process starts when chloride concentration at the reinforcement/concrete interface reaches a threshold value, causing depassivation of the protecting chemical layer surrounding the armor. A probabilistic approach is capable of dealing with the problem in a more consistent manner, since the variables involved in the phenomenon have a high degree of randomness. The formulation used in the mechanical non-linear analysis utilizes the finite element method, employing Mazars\' damage model to describe the concrete behavior and the elastoplastic model to describe the steel behavior. Fick\'s law is used to describe the diffusion mechanism of chloride ions inside the concrete elements and empirical laws are used to represent the steel area reduction as well as the reduction of steel yield stress. The formulation used for the probabilistic analysis employs the FORM (First Order Reliability Method), the response surface method and the Monte Carlo simulation. A contribution of this study concerns the analysis of hyper-static structures, in order to evaluate the failure probability of the system, giving special attention to this type of problem. The obtained results show how the considered corrosive effects influences the structural durability reduction.